Als je een zak chips openscheurt of er een dvd in doet, je legt waarschijnlijk je hand op sputterdepositie. Nee, ren niet voor de zeep.

Sputterdepositie is een industrieel proces dat sinds de jaren 70 wordt gebruikt om te sproeien -- sputteren, dat wil zeggen -- dunne films op verschillende backings, zoals de metalen coating op chipszakken, het reflecterende oppervlak op dvd's, of de elektronica op computerchips.

Grotendeels, het proces werkt erg goed. In een vacuümkamer gevuld met een inert gas, zoals argon, hoogspanning wordt toegepast op een magneet. Dit activeert het argon, die, beurtelings, stoten deeltjes van, zeggen, wolfraammetaal uit een bron in de buurt van de magneet in de gaswolk. Sommige van deze extreem hete, geladen wolfraamdeeltjes ritsen met hoge snelheid door het argon en zetten zich af op het doelwit, het vormen van een dunne film.

Maar soms laten de coatings los of buigt het product in zichzelf en barst, alsof de film strak was uitgerekt voordat deze op het oppervlak werd aangebracht. Andere tijden, de films zijn gewoon te ruw. Al decenia, wetenschappers zijn verbijsterd - en fabrikanten gefrustreerd - over waarom deze problemen gebeuren.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Vermont en het Argonne National Laboratory in de buurt van Chicago een verklaring:"het zijn nanodeeltjes, " zegt Randy Headrick, hoogleraar natuurkunde aan de UVM, "aan elkaar plakken en trekken".

De vondst, geleid door de afgestudeerde student van Headrick, Lan Zhou, werd op 10 augustus gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling B .

Met behulp van krachtige röntgenstralen, het team mat de grootte van wolfraamdeeltjes die zich op een doelwit afzetten en waren verbaasd. Boven een kritische druk in het argongas (acht miljoenste van een atmosfeer), de grootte sprong plotseling. In plaats van enkele atomen of moleculen met meerdere atomen - zoals je zou verwachten bij hoge temperaturen, omgeving met hoge snelheid van een sputterkamer - ze ontdekten relatief gigantische klodders van honderden atomen:wat de onderzoekers een 'nanodeeltjesaggregatie' noemen.

"Het is een condensatie, als wolken, zoals mist, " zegt Headrick, "Dit is iets wat we echt niet hadden verwacht."

Deze nanodeeltjes trekken samen en smelten samen, de film strak trekken als kleine "nano-holtes" tussen deeltjes worden geëlimineerd. Dit kan spanning veroorzaken in dunne films die sterk genoeg zijn om elektronische wafels in een komvorm of ruwheid te trekken die de delicate coatings van optische lenzen vervormen.

"Niemand realiseerde zich dat je in de gasfase een zo groot deeltje kunt produceren, " zegt Al Macrander, een natuurkundige bij Argonne National Laboratory en een co-auteur van het artikel. "Ze zijn zeer energiek, dus het is contra-intuïtief dat ze zouden blijven plakken -- vanwege hun snelheid, "zegt hij. Maar stoken doen ze.

In de sputterdepositiekamer, "deeltjes beginnen met temperaturen van rond de tienduizend graden, " Randy Headrick van UVM legt uit. Maar zelfs als ze in het gas bewegen, ze koelen een beetje af en "als ze eenmaal zijn afgekoeld, " hij zegt, "ze willen terug naar een solide."

"Dit heeft grote gevolgen, ' zegt Macrander, "voor veel industrieën, niet alleen optica." Van zijn kant, de nieuwe bevindingen zullen waarschijnlijk helpen bij het versnellen van de creatie van geavanceerde röntgenlenzen die hij heeft helpen ontwikkelen.

Tot dusver, de inspanningen om deze lenzen te maken zijn niet gelukt, omdat het sputterdepositieproces coatings heeft geproduceerd die nog steeds te ruw zijn met te veel spanning - ondanks het gebruik van geavanceerde technieken.

"Deze lenzen zijn bedoeld om röntgenstralen te focussen op kleinere afmetingen dan ooit is bereikt, " hij zei, "tot op één nanometer." Om deze lenzen te maken zijn meer dan duizend lagen dunne film nodig. "Stress bouwt zich op en wordt een probleem, " hij zegt.

Het nieuwe inzicht van het team in de basisfysica van sputterdepositie wijst de weg naar een oplossing, maar de vergelijking is complex. "Als je echt gladde oppervlakken wilt, u moet deponeren bij lagere argondrukken, " zegt UVM's Lan Zhou. Maar bij deze zeer lage druk, de deeltjes raken met zo'n snelheid dat de dunne films willen uitzetten, het tegenovergestelde probleem creëren door films uit elkaar te trekken.

"Het is nog steeds een open vraag:wat doe je om een ​​film stressvrij en zo soepel mogelijk te maken?" zegt Headrick.

"Nu begrijpen we tenminste wat er gebeurt, " zegt Zhou, "zodat mensen kunnen proberen de filmafzettingsomstandigheden te optimaliseren, voor structuur en ruwheid."

Nog altijd, wat problemen zijn in de ene applicatie kan een voordeel zijn in andere. "Er is veel meer aan deze bevinding dan lenscoatings, " zegt Headrick, "er zijn veel soorten materialen waar je nanodeeltjes van wilt maken, zoals sommige soorten katalysatoren of zonnecellen. Dit zou een goede manier kunnen zijn om goedkoop nanodeeltjes te maken."

Maar de kosten om het uit te zoeken waren hoog. "Dit heeft ons jaren gekost om te begrijpen, " zegt Zhou, met de licht versleten glimlach die promovendi het beste dragen, "het was moeilijk om te denken aan aggregaatdeeltjes die zich midden in een flux vormden."